以車代磨工藝在薄壁圓環(huán)零件加工中的應用

繆海滔，陳盛其，林志鋒，曾 敏，夏穎鳳

(1.寧德師范學院，福建 寧德 352100；2.寧德市優(yōu)力維特電梯配件有限公司，福建 福安 355000)

作為一種較為常見的機械生產加工產品，薄壁圓環(huán)零件的使用較少，也沒有專門的制造磨具。因此在生產此類產品時候存在一定難度，尤其針對特殊零件形狀的形位公差和表面質量方面，傳統(tǒng)的機械生產操作存在很多適應性問題。而“以車代磨”屬于一種傳統(tǒng)的技術工藝，常見的加工方式借助了數(shù)控車床技術，其往往能夠優(yōu)化薄壁圓環(huán)零件加工工藝，能夠保證其加工精度的同時，還能保證產品的外觀質量等。在運行中，其先是將零件進行固定和校正，然后做好“外圓”和“內孔”的精度調整。為了降低內應力因素造成的變形影響[1]。讓所指定值保持一定的精度和準確值，應當按照一定標準要求來確定形位公差。若不滿足就只能報廢處理?？梢姟耙攒嚧ァ惫に嚰夹g在處理零件部件加工時候，借助數(shù)控車削技術和刀片加工處理，精度已可達IT5和IT6級的范圍(見圖1)。在處理零件加工時候能夠保證零部件的形位公差，讓其表面粗糙程度能夠得到有效保證。據(jù)此，筆者結合“以車代磨”工藝在“薄壁圓環(huán)零件加工”進行分析研究。

a—仿型車削；b—NC/CNC車削；c—高精度車削圖1 車削加工精度的發(fā)展

1 以車代磨的特點和應用優(yōu)勢

1.1 以車代磨的工具材料

隨著科學技術的不斷發(fā)展，切削刀具的應用更為廣泛。在通常的道具使用中，切削刀具在機械制造等領域要求有著較長的使用壽命，而且要根據(jù)加工對象的不同，道具的材質和工藝都有著明顯差異。

常用的刀具有陶瓷刀具:陶瓷刀具有著較好的加工性能，適合淬硬鋼件加工使用。同時，該材料使用的產品還能加工鐵件。一般在生產陶瓷刀具時候都會存在負切削現(xiàn)象，而隨著負切削角度的增加，對車床的剛度也有著更為具體的要求[2]。同時，陶瓷刀具也適合具有連續(xù)性和剛截面的加工材料，其切削速度穩(wěn)定在145 m/min，且其表面的粗糙度能控制在Ra0.4～0.7μm。陶瓷原材料豐富，價格低廉，廣為使用。

而立方氮化硼 CBN刀具也十分受加工廠喜愛。這種切削刀十分鋒利，且能省力，其產品精度和粗糙度都能控制在標準范圍內，不過其價格對于陶瓷刀具更加昂貴。

Ti C 涂層刀具比較適合硬度在HRC55以下的工件，其在銑削加工方面有著較好的應用。

1.2 以車代磨需要的工作環(huán)境

要想發(fā)揮以車代磨工藝實力，需要具有好的刀具材料，更需要一個高效穩(wěn)定的機床條件。對于車床需求而言，要讓整個以車代磨實現(xiàn)工藝，首先，要保證車床的剛性和硬度。若其存在剛性誤差，所生產的工件直徑尺寸和規(guī)定尺寸之間會有明顯差異。此外，要保證其有一定的熱穩(wěn)定性，讓其在固定溫度下保證工件的質量和精度。[3]最后，整個導軌系統(tǒng)要滿足一定進度和允許值，嚴禁出現(xiàn)爬行等情況，讓其滿足直線操作，不要形成有害間隙。圖2為云南機床制造廠生產的CY-HTC25100型后置刀架全技能數(shù)控車床。

圖2 數(shù)控車床

1.3 以車代磨的應用優(yōu)勢

該項工藝從質量上而言，以車代磨加工工藝能夠廣泛提升加工柔性，借助相關切削刀刃的幾何參數(shù)，降低其復雜加工難度和缺陷。其次，從污染損耗方面而言，傳統(tǒng)的切削加工工藝會造成嚴重的環(huán)境污染問題。在磨削加工中，產生的大量廢液和相關廢棄物都面臨著處理難題，一旦處理存在誤差，會形成嚴重的環(huán)境污染難題。而以車代磨工藝在工藝運行中不需要借助“冷卻液”，因此不會造成污染環(huán)境問題。最后，從生產經濟效益方面而言，以車代磨可以很大程度地縮短加工時間，不需要過度投入投資費用，因此能夠控制單件加工成本，也在實際運用中體現(xiàn)了較好的經濟性能[4]。

2 薄壁圓環(huán)零件特點

2.1 薄壁圓環(huán)零件

在機械制造中，薄壁圓環(huán)零件最為常見，這種零件有高精度要求和強技術性的特點。在使用過程中這種構件由于剛性較大且裝夾難度高，常常出現(xiàn)損壞零件表面的現(xiàn)象。在機械生產制造過程中，該類零件的厚度不足1 cm，因此較難把握其生產精度，讓所生產產品實現(xiàn)一步到位，“一次合格”[5](見圖3)。同時，縱使使用一些高精度的車床數(shù)控設備，產品也會因為其機械化的操作發(fā)生變形，最后會大大降低零件精度。

圖3 薄壁圓環(huán)零件

2.2 薄壁圓環(huán)零件生產加工特點

在我國，常見的薄壁圓環(huán)零件生產加工是使用數(shù)控車床的切削處理。通過數(shù)控車床的卡盤將零件固定，再校正和內孔外圓的精車處理，然后讓工件滿足一定值。事實上，該項技術在加工時，難免會存在內外應力差和材料影響造成的變形隱患。受到應力偏差，產品的尺寸和效能都會有較大偏差，最終產生大量的報廢產品。[6]除此之外，在完成內孔外圓的精車處理后，在對其內外車的空槽加工出口時候，在外形固定的情況下，應力稍微過度都會對整個外圓造成沖擊影響，讓其發(fā)生扭曲，產生裂隙等，而機床也不能使用軟爪校正，因此很容易出現(xiàn)變形，可見這種加工方式的成功率較低，且產品質量存在隱患，需要相關專業(yè)人士進行操作。

事實上“以車代磨”工藝屬性比較柔性化，在薄壁圓環(huán)零件生產方面能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磨削工藝，為工件生產質量和成品效率提供更多的保證。

3 以車代磨的工藝技術方法

以車代磨將零件加工方式全新定義。這種以車代磨工藝在數(shù)控車削加工環(huán)境下的技術，和多種材質的專用刀片結合，在允許范圍值內，對工件生產有重要影響。首先是以車代磨工藝能夠節(jié)約產品生產原材料，提升其生產效率和質量，還能降低環(huán)境污染和提升經濟效益。以車代磨在工藝處理有以下兩點技術特點。

3.1 滾壓法

這種方式借助了特制滾壓工具，能夠在零部件表面施加應力，讓其發(fā)生滿足范圍內的變形，從而降低工件表面的粗糙度，鞏固和加強工件表面性能。值得注意的是，這種工藝加工方式不會出現(xiàn)“切屑”現(xiàn)象。

首先，效率和降粗糙度而言，該項方式能夠將工件表面粗糙度降低3～4個級別。而其運行效率也遠遠高于其他工件的加工方式[7]。其次，該項技術能夠將工件表面的粗糙標準值控制在0.5 μm，能在工件制造處理允許值范圍內，減少施工工序。三是通過滾壓方式，使工件表面的抗疲勞程度和耐磨性都有明顯的提升，提高工件質量，還能避免傳統(tǒng)切削頻率過高產生發(fā)熱發(fā)燙導致工件表面燒傷的問題。最后，針對其操作難度而言，該項技術需要的加工工具和制造流程相對簡單，且不需要進行二次修復和檢查。

事實上，經過滾壓法處理后的圓環(huán)零件，其工作形狀和位置精度都能滿足工作要求，且表面清潔，減少了清潔程序。

3.2 磨砂磨削

這種方式接替獨特的砂帶磨削工具，其常被安置于車床刀具位置處，來實現(xiàn)對一些零件表面的打磨。事實上，這項技術能夠降低工件表面的粗糙程度，能滿足工廠工具有一定粗糙度要求的生產需求，主要有以下幾個方面特點。

(1)散熱快。該項技術在進行磨削時候不會產生過度熱量，且能夠進行全面散熱。

(2)滿足應力要求。其在操作工程中表面產生的硬化層深度以及相關應力都低于傳統(tǒng)的砂輪磨削。

(3)拋光性能好。整個工藝流程的技術要求較為穩(wěn)定，且生產的工件具有較好的柔軟性，能夠滿足各種曲面磨削，具有拋光作用。

(4)操作簡單。整個工藝流程的安全性高、制造成本低，設備操作簡單且易上手學習。

(5)工件定位工作完成后還能夠通過砂帶更換方式再次加工[8]。

4 以車代磨工藝在機械加工中的應用案例

筆者結合相關對“薄壁圓環(huán)零件生產”進行分析，希望能夠為一些切削生產工件的機械工作人員提供借鑒參考。

在機械制造中，薄壁圓環(huán)零件最為常見，這種零件有高精度要求和強技術性的特點。常常出現(xiàn)加工時損壞零件表面的現(xiàn)象。因此有著較高的制造難度。以“緊縮盤”為例，這種工件的最薄壁為0.5 cm，且寬度為17 cm，Φ43 cm(見圖4)，這種薄壁工件對工件加工師傅技術和車床性能有明顯要求。這加強大了磨床加工難度。同時，這種兩個錐面的椎度有著明顯區(qū)別，車裝的調整難度也隨之增加，而且每個內孔的軸面度有著十分精準化的要求，在經過傳統(tǒng)的多次工藝處理實驗證明，該項技術不能取得較好的加工精度。針對其生產成品而言，該項技術在通用機械方面，其尺寸精度、形狀外觀和表面粗糙程度都不能滿足相關使用要求，而其生產的產品壁厚較薄，而加工難度較大，因此合格率較低，傳統(tǒng)的車削加工方法存在著很大實用性難題。

為了讓其獲得更好的工藝技術，筆者將“以車代磨”工藝運用到了薄壁圓環(huán)零件生產中。在此過程中，采取數(shù)控車削作為加工中心。而采用“液壓卡盤”作為柔夾穩(wěn)定環(huán)面變量，讓零件在錐面內孔軸度得到保證，同時，選擇機夾刀片對表面的粗糙度進行控制(見圖5)。該技術在實際應用中，往往能夠優(yōu)化薄壁圓環(huán)零件加工工藝，既保證加工精度，還能保證產品的外觀質量等?？梢姡摷夹g能夠完全解決“薄壁圓環(huán)零件生產”的難題，目前，該項技術已經在“緊鎖盤”加工中獲得廣泛應用，為相關工廠取得了較為理想的加工效果。該項技術還大范圍的提高刀具使用壽命，降低其加工成本。

圖4 薄壁零件

圖5 薄壁零件加工示意圖

5 結 語

綜上所述，“以車代磨”工藝對“薄壁圓環(huán)零件生產”有重要影響。

(1)能夠降低產品生產原材料，提升其生產效率和質量，還能降低環(huán)境污染和提升經濟效益。因此是一個較為可行的方法。該項技術屬于一個全新加工方式。

(2)將“以車代磨”工藝運用對“薄壁圓環(huán)零件”生產中，能提高其加工柔性，縮短工期，提升工件高精度，能夠滿足“薄壁圓環(huán)零件”加工需求，因此，建議相關工廠將“以車代磨”工藝技術應用于各項生產，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“薄壁圓環(huán)零件生產”工藝，能夠提升和促進我國機械制造產業(yè)的發(fā)展。